Фамилия Ильмоярова — редкая и необычная, её происхождение напрямую связано с финно-угорскими языками. В основе фамилии лежит имя Ильмоярви, которое переводится как «Ильмень-озеро» (от фин. ilma — «воздух, погода, небо» и järvi — «озеро»). Так могли называть человека, жившего у одноимённого водоёма, либо переселенца с побережья Ладожского или Онежского озёр, где топонимы с корнем «ильмо» встречаются часто. Фамилия образована по русской модели притяжательных прилагательных с суффиксом -ов (женский вариант -ова), то есть буквально означает «принадлежащий к роду того, кого звали Ильмоярви».

Суффикс -ярви — типичный для карельских, финских и вепсских топонимов (сравните: Суоярви, Вуоксенъярви). В русской передаче он превратился в -яров, что и дало окончание -ярова. По сути, фамилия Ильмоярова — это русифицированная версия финского или карельского географического прозвища. Носители такой фамилии, скорее всего, происходят из районов, где исторически жили прибалтийско-финские народы: Карелия, Ленинградская область, Вологодчина или Тверская земля (есть версия, что фамилия могла возникнуть в среде тверских карел).

Словообразовательная модель здесь нестандартна: в русской ономастике редко встречаются фамилии, напрямую сохраняющие иноязычный топонимический суффикс. Обычно такие названия адаптируются проще (например, Ильменев от озера Ильмень). Но Ильмоярова — пример более точной передачи исходного звучания, что говорит о сохранении памяти о финском или карельском корне в среде русскоязычных носителей. В списках дворянских родов или купеческих гильдий эта фамилия не встречается, её носители — преимущественно крестьяне и мещане из северо-западных губерний.

В современной России фамилия остаётся очень редкой. Основной ареал — Карелия и Мурманская область, реже встречается в центральных регионах. Из-за своей необычной структуры (сочетание «ильмо» и «яр» на слух кажется славянским, но на деле финское) фамилия часто привлекает внимание лингвистов и краеведов.